镁稀土合金的热变形行为及组织性能研究

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1、摘要采用铸造冶金法制备了Mg-Ce-Zn—Zr、Mg-Nd—Zn—Zr和Mg-Y-Nd—Zr三种镁一稀土合金。针对镁．稀土合金变形困难问题，使用GLEEBLE一1500热模拟机对合金进行高温压缩模拟实验研究。研究热变形过程中真应力．真应变曲线，分该稀土镁合金的挤压温度提供了实验依据。根据热模拟实验分析的结果，采用合适的挤压工艺参数制备出合格的挤压棒材。利用金相显微镜、X射线衍射分析、扫描电镜合金研究各种状态的显微组织，分析了合金中稀土元素的分布及稀土相的形貌及成分。通过硬度测试、常温及高温拉伸实验研究这三种变形镁合金的力学性能。实验结果表明：1

2、)合金在热压缩变形过程中流变应力呈现不同的形式。在较低温度下变形，加工硬化成为影响材料组织性能的主要因素。在中等温度下变形，除了加工硬化外，动态回复产生软化作用，二者的综合作用使流变应力维持在一个稳定值范围。在较高温度下，真应力超过一定的应变值后都有稍微下降的趋势，表明材料已发生了动态再结晶，动态再结晶成为影响材料变形过程中组织与性能的主要因素。2)合金在热变形过程中稳态流变应力受变形温度和应变速率影响。在同一流变速率下，真应力水平随温度的提高而降低。在同一变形温度下，对比不同应变速率的压缩曲线，材料的的峰值应力和稳态应力随应变速率的增大而增大

3、，表明这些合金都是正应变速率敏感材料。3)利用已修正过的Arrhenius公式来描述合金高温变形的热激活过程，通过线性回归求出各个材料参数而计算出的合金的变形激活能显示，变形激活能随温度和应变速率变化，实验合金具有较高的变形激活能在高温下变形比较困难。4)合金在300。C温度以下变形很困难，加工硬化严重，试样发生了不同程度的破断。只有在超过350。C的温度范围变形，动态回复化和动态再结晶开始起软化作用而有利于合金成形。实验中选取350℃作为挤压变形温度。5)通过对实验合金铸态下稀土元素的分布及稀土相的分析可知，1捍和2≠}合金中稀土元素Ce和N

4、d主要分布在晶界，晶内含量极少。经X射线衍射分析可知稀土相是Mgl2Ce和M912Nd。3稃合金中稀土元素Nd也分布于晶界，另一稀土元素Y则弥散固溶于整个基体。6)经挤压变形，三种镁一稀土合金都发生了动态再结晶，挤压组织中的第二相化合物沿挤压方向排列分布。挤压后组织的晶粒尺寸明显小于铸态下的晶粒，有利于提高合金的性能。7)1#合金铸态下抗拉强度和延伸率为：ob=139．OMPa，6=4．5％；挤压后T2处理态为g0b=268．8MPa，6=21．5％。2样合金铸态下抗拉强度和延伸率为：o户213．OMPa，6=4．2％；挤压态为：0b-271．

5、5MPa，6=22．8％。表明1#和2#合金经挤压变形后，常温力学性能有很大的提高。8)2捍合金在150℃时抗拉强度为198．6MPa，延伸率为24．9％；而在250℃时的抗拉强度为187．3MPa，延伸率有所上升，为25．2％；300"C温度下抗拉强度116．9MPa，而延伸率则大幅度提高到61．6％。3稃合金在150℃时抗拉强度和延伸率分别为237．9MPa和23．8％；在250℃时抗拉强度无明显降低，延伸率进一步提高，为28．O％；温度升到300℃时合金的抗拉强度为119．6MPa，延伸率则升高到50．8％。表明2掸和3撑合金在温度升高到

6、250℃时保持有很好的的力学性能。综合分析三种实验合金的常温和高温力学性能，结果表明三种镁一稀土实验合金具有优良的室温和高温综合性能。关键词：镁一稀土合金；热变形行为；挤压；显微组织；动态再结晶；力学性能AbstractThreewroughtmagnesiumalloyscontainingrareearthofMg-Ce—Zn-Zr,Mg-Nd-Zn—ZrandMg-Y-Nd-Zrwereprepared．HightemperaturecompressionexperimentwasperformedonGLEEBLE一1500plasti

7、cdeformationsimulationtestmachine．Thetruestress．strainbehaviorsoftheexperimentalalloyswereinvestigatedwithvariousstrainratesatdifferentdeformationtemperatm'es．Therelationshipoftruestress，strainrateandtemperatureduringtheplasticdeformationwasstudied．Basedontheresultsofthether

8、malsimulationexperiment，theextrusionbarswereobtainedthoughtasuitableextrusi